蒙井玉，王玉剛，成 冰，屈新明，張東東

(1.中國(guó)城建集團(tuán)第三工程局，重慶 401336；2.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；3. 重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074；4.河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，河南 鄭州 450044)

基于供需協(xié)同下的山地組團(tuán)城市多層次公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)研究

蒙井玉1，王玉剛2，成 冰3，屈新明3，張東東4

(1.中國(guó)城建集團(tuán)第三工程局，重慶 401336；2.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000；3. 重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074；4.河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，河南 鄭州 450044)

為了緩解城市交通系統(tǒng)涌現(xiàn)的三大交通問(wèn)題，適應(yīng)城市交通發(fā)展新常態(tài)，抓住城市交通發(fā)展新機(jī)遇，在分析公交線網(wǎng)供需協(xié)同內(nèi)涵關(guān)系基礎(chǔ)上，從微觀、中觀、宏觀等3個(gè)層次探討供需協(xié)同模型構(gòu)建，分別從站點(diǎn)分級(jí)、線網(wǎng)間協(xié)同以及線網(wǎng)宏觀評(píng)價(jià)進(jìn)行分層設(shè)計(jì)，并以重慶市主城區(qū)作為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證分析。通過(guò)研究提出基于供需協(xié)同下的山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，用來(lái)指導(dǎo)山地組團(tuán)城市的公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

交通運(yùn)輸工程；山地組團(tuán)城市；多層次；公交線網(wǎng)；供需協(xié)同；設(shè)計(jì)方法

為緩解城市交通系統(tǒng)涌現(xiàn)的3大問(wèn)題：交通擁堵、道路安全、能源危機(jī)，各大城市都不約而同地提出實(shí)施“優(yōu)先發(fā)展公共交通，倡導(dǎo)綠色出行”戰(zhàn)略。我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得了飛速發(fā)展，由此也帶來(lái)了各種各樣的交通問(wèn)題。各地政府為了尋求快速解決之道，紛紛把城市交通系統(tǒng)的發(fā)展重心逐漸轉(zhuǎn)移到了可以承載較大運(yùn)量、運(yùn)行時(shí)速較快的軌道交通，致使常規(guī)公交系統(tǒng)的建設(shè)速度受到限制。軌道交通的網(wǎng)絡(luò)正在慢慢形成并逐步走向成熟，但是軌道交通網(wǎng)絡(luò)不管如何暢通發(fā)達(dá)，其覆蓋的城市區(qū)域面積和線網(wǎng)發(fā)展程度始終不會(huì)趕上常規(guī)公交的水平。常規(guī)公交承擔(dān)著的一些功能是軌道交通無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，比如在擴(kuò)大城市客流吸引范圍方面，常規(guī)公交始終發(fā)揮著重要的作用[1]。

山地組團(tuán)城市由于地形的原因，建設(shè)軌道交通施工難度較大，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，居民的出行方式仍會(huì)以常規(guī)公交出行為主。對(duì)于山地組團(tuán)城市，某種程度而言，常規(guī)公交算的上是城市發(fā)展的“生命線”。協(xié)調(diào)好常規(guī)公交與山地城市居民出行的關(guān)系，是促進(jìn)城市和諧、穩(wěn)定發(fā)展必要前提條件。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于城市的公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法做了大量的研究，但在城市公交線網(wǎng)的分層次方面研究較少[2-6]，在城市公交系統(tǒng)協(xié)同研究方面尚不深入，涉及到公交線網(wǎng)供需協(xié)同研究更是少之又少[7-9]。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市的發(fā)展形態(tài)以及城鎮(zhèn)化水平的不同，使得居民的公交需求越來(lái)越多樣化，就會(huì)產(chǎn)生了多層次的公交出行需求。在城市化建設(shè)步伐日益加快的今天，尤其是最近有關(guān)建設(shè)“智慧城市”戰(zhàn)略提出，賦予了城市公共客運(yùn)交通發(fā)展以更高目標(biāo)。因此，為了更好發(fā)揮城市公交在山地城市客運(yùn)交通中主體地位，加強(qiáng)對(duì)城市常規(guī)公交系統(tǒng)問(wèn)題研究勢(shì)在必行。

1 公交線網(wǎng)供需協(xié)同內(nèi)涵

從系統(tǒng)進(jìn)化角度來(lái)看，協(xié)同是為了不斷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)要求，通過(guò)各子系統(tǒng)之間有效協(xié)作，使系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)過(guò)程。山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)研究的是各個(gè)子系統(tǒng)之間通過(guò)與外部環(huán)境之間有效協(xié)作，逐步實(shí)現(xiàn)供需和諧統(tǒng)一發(fā)展。根據(jù)系統(tǒng)分析知識(shí)，可通過(guò)研究各子系統(tǒng)之間內(nèi)涵關(guān)系，來(lái)研究整個(gè)供需系統(tǒng)發(fā)展動(dòng)態(tài)關(guān)系。筆者將山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)分為需求子系統(tǒng)和供給子系統(tǒng)，然后從供需子系統(tǒng)的微觀、中觀、宏觀3個(gè)層次來(lái)研究二者協(xié)同。

1)微觀層次協(xié)同。公交線網(wǎng)的微觀層次協(xié)同主要研究公交站點(diǎn)客流特征問(wèn)題，確定站點(diǎn)相對(duì)于公交線網(wǎng)影響度大小。

2)中觀層次協(xié)同。公交線網(wǎng)的中觀層次協(xié)同主要研究公交線網(wǎng)的分層問(wèn)題，即在微觀協(xié)同基礎(chǔ)上，提出站點(diǎn)分級(jí)閾值，然后依此對(duì)公交線網(wǎng)進(jìn)行協(xié)同分層設(shè)計(jì)。

3)宏觀層次協(xié)同。公交線網(wǎng)的宏觀層次協(xié)同主要研究山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)系統(tǒng)供需系統(tǒng)協(xié)同度，即對(duì)中觀協(xié)同設(shè)計(jì)的結(jié)果做出評(píng)判。

2 公交線網(wǎng)供需協(xié)同模型

2.1 微觀層次協(xié)同模型

2.2.1 構(gòu)建站點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣

設(shè)某區(qū)域某條公交線路，有n個(gè)公交站點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)m個(gè)時(shí)段，每個(gè)站點(diǎn)某一時(shí)段內(nèi)的公交客流吸引和發(fā)生量為y，由此構(gòu)成的矩陣B為

2.1.2 站點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)

分級(jí)規(guī)則：設(shè)矩陣B中的第j列的最大值記為M，最小值記為N，評(píng)價(jià)分為T級(jí)，則根據(jù)數(shù)據(jù)的平均步長(zhǎng)，每組數(shù)據(jù)的間隔S=(M-N)/T，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 公交站點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.1.3 建立相關(guān)權(quán)重矩陣

根據(jù)上述建立的各時(shí)段的因子分級(jí)值，列出m個(gè)站點(diǎn)的列聯(lián)表，按列聯(lián)表中的數(shù)值計(jì)算相關(guān)權(quán)重：

式中：nkl為x處于k級(jí)，y處于l級(jí)的次數(shù)；nk為x處于k級(jí)的總次數(shù)；nl為y處于l級(jí)的總次數(shù)；T為因子分級(jí)數(shù)。

2.2 中觀層次協(xié)同模型

2.2.1 公交站點(diǎn)分級(jí)

站點(diǎn)相關(guān)權(quán)重的概念，只針對(duì)單獨(dú)的站點(diǎn)客流量研究，無(wú)法完全反應(yīng)客流出行特征。因此，僅僅依靠站點(diǎn)相關(guān)權(quán)重這一個(gè)指標(biāo)是無(wú)法完成公交站點(diǎn)的分級(jí)，還需從公交線網(wǎng)整體情況進(jìn)行考慮，結(jié)合公交線網(wǎng)客流OD出行特征，進(jìn)行站點(diǎn)分級(jí)。站點(diǎn)分級(jí)具體步驟如下：

1) 分析站點(diǎn)客流出行特性：

2) 制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

式中：Fj為第j站點(diǎn)相關(guān)權(quán)重值歸一值；ψ為站點(diǎn)相關(guān)權(quán)重值的取值參考指標(biāo)，根據(jù)各條線路不同，取值待定。

根據(jù)各個(gè)站點(diǎn)的出行特征，對(duì)已經(jīng)篩選的權(quán)重值較大的站點(diǎn)，進(jìn)一步篩選，既滿足公式：

由此可定義分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 公交站點(diǎn)分級(jí)閾值

2.2.2 分級(jí)站點(diǎn)篩選

根據(jù)分級(jí)的結(jié)果，進(jìn)行站點(diǎn)的篩選，如表3。

表3 分級(jí)站點(diǎn)篩選

2.2.3 公交線網(wǎng)設(shè)計(jì).

根據(jù)保證線網(wǎng)連通性的原則將篩選的站點(diǎn)連接起來(lái),構(gòu)建山地組團(tuán)城市多層次公交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)思路：① 公交支線須確保所有組團(tuán)內(nèi)的三級(jí)站點(diǎn)相連接，構(gòu)成組團(tuán)內(nèi)的支線公交線網(wǎng)。此外，公交支線也可以同部分的一級(jí)、二級(jí)站點(diǎn)進(jìn)行連接，保證組團(tuán)內(nèi)的各小區(qū)居民的組團(tuán)內(nèi)的出行和跨組團(tuán)的出行換乘；② 公交普線須連接組團(tuán)內(nèi)的所有二級(jí)站點(diǎn)，構(gòu)建組團(tuán)內(nèi)的出行的快速通道。此外，公交普線也可以與部分的一級(jí)站點(diǎn)和三級(jí)站點(diǎn)相連接；與一級(jí)站點(diǎn)的連接是為了組團(tuán)內(nèi)居民的跨組團(tuán)移動(dòng)提供快速的換乘服務(wù)，與三級(jí)站點(diǎn)連接是為了方便組團(tuán)內(nèi)的居民從客流比較分散的小區(qū)與組團(tuán)內(nèi)其他區(qū)域的快速換乘；③ 公交快線須連接所有的一級(jí)站點(diǎn)，構(gòu)建組團(tuán)間的出行的快速通道網(wǎng)絡(luò)。為保證換乘的便捷性，公交快線還應(yīng)當(dāng)與部分的二級(jí)和三級(jí)站點(diǎn)相連接。設(shè)計(jì)概念見(jiàn)圖1。

圖1 山地組團(tuán)城市多層次公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)概念Fig 1. Concept map of mountain group city theory-oriented and multi-level design

2.3 宏觀層次協(xié)同模型

2.3.1 宏觀協(xié)同指標(biāo)

建立山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供需協(xié)同評(píng)價(jià)指標(biāo),應(yīng)堅(jiān)持兼顧大局并有益于山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的發(fā)展，同時(shí)還要考慮公交線網(wǎng)的通達(dá)性、大眾性及動(dòng)態(tài)性等多種指標(biāo)。然而，較多的評(píng)價(jià)指標(biāo)將不利于正確評(píng)判系統(tǒng)的可靠度。因此，選擇恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)指標(biāo)因素尤其重要。

1) 供給系統(tǒng)指標(biāo)體系。供給系統(tǒng)涵蓋的內(nèi)容主要有公交線網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)設(shè)施和管理設(shè)施系統(tǒng)等。公交線網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施(線網(wǎng)密度、線網(wǎng)長(zhǎng)度、線網(wǎng)非直線系數(shù)、站點(diǎn)覆蓋率)；公交線網(wǎng)服務(wù)設(shè)施(公交運(yùn)行時(shí)速、線網(wǎng)換乘系數(shù)、公交運(yùn)力)；公交線網(wǎng)管控設(shè)施(公交專用設(shè)施、公交發(fā)展投資水平)組成，見(jiàn)圖2。

圖2 山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供給系統(tǒng)指標(biāo)體系Fig.2 Index system of transit network supply system in mountainous group cities

2) 需求系統(tǒng)指標(biāo)體系。需求系統(tǒng)是產(chǎn)生于居民在選擇公交方式出行過(guò)程中。通常情況下，城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)城市公交線網(wǎng)設(shè)施規(guī)模具有重要的影響。居民的出行需求隨著經(jīng)濟(jì)水平的上升而增大，同時(shí)，伴隨著需求的增大，也將產(chǎn)生更多的客運(yùn)需求量，這些對(duì)公交線網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施要求提出了更高的要求。換而言之，公交線網(wǎng)的需求不斷增大的根本推動(dòng)力就是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展。因而，可以選用衡量社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的指標(biāo)作為公交線網(wǎng)需求系統(tǒng)的評(píng)判指標(biāo)。然而，由于山地組團(tuán)城市的公交方式出行的特殊性，公交線網(wǎng)需求與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不是簡(jiǎn)單的正相關(guān)關(guān)系，因此，增加對(duì)線網(wǎng)需求量大小的因素的分析是十分必要的。通過(guò)二者的結(jié)合，共同構(gòu)成需求系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)圖3。

圖3 山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)需求系統(tǒng)指標(biāo)體系Fig.3 Index system of mountain group city transit network demand system

2.3.2 宏觀協(xié)同模型

1) 定量分析。山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)到某一狀態(tài)，對(duì)其供給系統(tǒng)和需求系統(tǒng)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)[10]。設(shè)山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供給水平指標(biāo)集合為：X=(x11t,x12t,…,xijt)；設(shè)山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)需求水平指標(biāo)集合為：Y=(y11t,y12t,…,yijt)。供給和需求系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)集合x(chóng)ijt，yijt均采用三級(jí)指標(biāo)構(gòu)建。 其中：i為第二級(jí)指標(biāo)序列數(shù)，j為第三級(jí)指標(biāo)序列數(shù)，t為山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)需求和供給系統(tǒng)的所屬的狀態(tài)時(shí)刻。在對(duì)供需系統(tǒng)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)時(shí)，要把不同量綱的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以方便各指標(biāo)之間的比較。標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為：

在供需系統(tǒng)指標(biāo)體系中,各參評(píng)指標(biāo)的取值均有λmax>0,λmin>0,同理，yijt的取值依此類推。二者的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)為：

式中:ait和bit，aijt和bijt分別為供需系統(tǒng)第二級(jí)、三級(jí)指標(biāo)層級(jí)指標(biāo)權(quán)重；m為二級(jí)指標(biāo)數(shù)量；n為相對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)下的三級(jí)指標(biāo)數(shù)量。

2) 協(xié)同性評(píng)價(jià)。為了可以定量表述供需系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展情況，引入系統(tǒng)協(xié)同度概念[11]。設(shè)山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供給系統(tǒng)為S1,需求系統(tǒng)為S2；S1，S2在時(shí)刻t的狀況評(píng)判函數(shù)為F1(t,x)與F2(t,y)，S1與S2的協(xié)調(diào)意味著F1(t,x)與F2(t,y)的相對(duì)離差Cv很小,即有:

因?yàn)椋現(xiàn)1(t,x)>0，F(xiàn)2(t,y)>0，所以，Cv最小的充分條件為：

定義S1與S2在時(shí)刻t的協(xié)調(diào)度為：

式中：k為辨別系數(shù)，通常k≥2。

Gt反映了系統(tǒng)S1與S2之間的協(xié)調(diào)程度。從數(shù)學(xué)視角分析，只有當(dāng)F1(t,x)=F2(t,y)時(shí)，F(xiàn)1(t,x)·F2(t,y)取得最大值，此時(shí)表明系統(tǒng)S1與S2之間協(xié)同性最好，即Gt=1。

3) 趨勢(shì)分析。系統(tǒng)協(xié)同度僅反映出系統(tǒng)供需發(fā)展協(xié)同一致性，它無(wú)法體現(xiàn)出系統(tǒng)當(dāng)時(shí)所處狀態(tài)的發(fā)展程度的高低。比如當(dāng)F1(t,x)=F2(t,y)=0.5時(shí)，系統(tǒng)S1與S2協(xié)同度等于1；然而，當(dāng)F1(t,x)=F2(t,y)=0.8時(shí),系統(tǒng)S1與S2的協(xié)同度也等于1。但是，后者的發(fā)展程度明顯要比前者的高[12]。所以,為了準(zhǔn)確描述系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展情況，需要把系統(tǒng)的協(xié)同度和系統(tǒng)當(dāng)時(shí)發(fā)展程度結(jié)合起來(lái)評(píng)判。筆者用GD(t)描述系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展度,并定義：

式中：α,β為待定系數(shù)。

協(xié)同發(fā)展度是對(duì)系統(tǒng)S1與S2的協(xié)調(diào)發(fā)展程度進(jìn)行的綜合性評(píng)價(jià)。

為能全面反映供需系統(tǒng)的發(fā)展情況，還可以在研究供需系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析系統(tǒng)S1與S2協(xié)同程度變化趨勢(shì)。為此，定義系統(tǒng)S1與S2協(xié)同變化趨勢(shì)函數(shù)γ(t)。假設(shè)系統(tǒng)S1與S2在t時(shí)刻和t-1時(shí)刻的協(xié)同程度分別為G(t)和G(t-1)，則：

當(dāng)γ(t)>1時(shí)，表明了系統(tǒng)S1與S2的發(fā)展趨向協(xié)同狀態(tài)的方向；當(dāng)γ(t)=1時(shí),表明了系統(tǒng)S1與S2處于協(xié)同狀態(tài)；當(dāng)γ(t)<1時(shí),表明了系統(tǒng)S1與S2的發(fā)展趨向背離協(xié)同狀態(tài)的方向。

4) 判別標(biāo)準(zhǔn)。楊士弘等[13]在研究環(huán)境和經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展的時(shí)候，提出了一種評(píng)判劃分方法。筆者借鑒其理論方法，制定了線網(wǎng)的需求和供給系統(tǒng)的協(xié)同評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表4。由表4可以判定系統(tǒng)S1與S2協(xié)同類型和協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)，如表5。

表4 協(xié)同關(guān)系評(píng)價(jià)類別判定

(續(xù)表4)

GD(t)協(xié)同類型過(guò)渡類0.60～0.69初級(jí)協(xié)同發(fā)展類0.50～0.59勉強(qiáng)協(xié)同發(fā)展類0.40～0.49瀕臨失調(diào)衰退類0.30～0.39輕度失調(diào)衰退類失調(diào)類0.20～0.29中度失調(diào)衰退類0.10～0.19嚴(yán)重失調(diào)衰退類0～0.09極度失調(diào)衰退類

表5 協(xié)同類型和協(xié)同趨勢(shì)判定

3 公交線網(wǎng)供需協(xié)同設(shè)計(jì)方法

3.1 設(shè)計(jì)步驟

1) 公交站點(diǎn)特征分析。根據(jù)公交線網(wǎng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)不同，可分為新建站點(diǎn)設(shè)計(jì)和已建站點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。新建站點(diǎn)特征分析，須結(jié)合城市公交總體規(guī)劃，對(duì)站點(diǎn)選址布局的各影響因素進(jìn)行研究。已建站點(diǎn)的客流特征分析，可以通過(guò)直接調(diào)查調(diào)查站點(diǎn)的客流量。主要分析站點(diǎn)上下客流總量和跨組團(tuán)出行客流量。

2) 計(jì)算站點(diǎn)相對(duì)權(quán)重。由于每個(gè)站點(diǎn)在公交線網(wǎng)承擔(dān)的功能有所不同，其相對(duì)整個(gè)線網(wǎng)的影響度大小也有所差別。計(jì)算各站點(diǎn)的影響度是為了進(jìn)行站點(diǎn)分層分級(jí)服務(wù)。

3) 確定站點(diǎn)分級(jí)閾值。站點(diǎn)的分級(jí)閾值通過(guò)站點(diǎn)的相對(duì)權(quán)重值和站點(diǎn)的客流特征進(jìn)行確定。本文通過(guò)選取站點(diǎn)相對(duì)權(quán)重值和站點(diǎn)客流跨區(qū)域出行比例進(jìn)行確定站點(diǎn)分級(jí)閾值。

4) 分級(jí)站點(diǎn)篩選。根據(jù)站點(diǎn)分級(jí)的閾值，篩選相應(yīng)級(jí)別的站點(diǎn)，構(gòu)建多層次站點(diǎn)體系。

5) 分層線網(wǎng)設(shè)計(jì)。根據(jù)初選線路大致走向，把同級(jí)別的站點(diǎn)連接起來(lái)，形成不同層次公交線網(wǎng)，從而構(gòu)建多層次公交線網(wǎng)體系。

6) 線網(wǎng)體系的綜合評(píng)價(jià)。對(duì)線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后進(jìn)行綜合評(píng)判，評(píng)判的指標(biāo)有公交線網(wǎng)系統(tǒng)供需發(fā)展水平、供需協(xié)同度、供需協(xié)同發(fā)展度以及供需協(xié)同變化趨勢(shì)指數(shù)。

3.2 設(shè)計(jì)流程

對(duì)山地組團(tuán)城市的公交線網(wǎng)供需協(xié)同設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行歸納，繪制出山地組團(tuán)城市的公交線網(wǎng)供需協(xié)同多層次設(shè)計(jì)流程圖。具體的設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖4。

圖4 山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)供需協(xié)同多層次設(shè)計(jì)方法流程Fig.4 Flow chart of multi-level co-design methodology based on the mountainous group city transit network supply and demand system

4 實(shí)例分析(以重慶市主城區(qū)為例)

4.1 微觀設(shè)計(jì)

1) 組團(tuán)式公交中心站點(diǎn)。組團(tuán)式換乘中心站點(diǎn)是跨區(qū)域公交線網(wǎng)的首末站。根據(jù)主城區(qū)公交站場(chǎng)的分布圖，結(jié)合現(xiàn)有的道路網(wǎng)系統(tǒng)和重慶市地形條件，將主城區(qū)的公交線網(wǎng)按照組團(tuán)分布劃分為4個(gè)“組團(tuán)式公交換乘中心站點(diǎn)”[14]，見(jiàn)表6。

表6 主城區(qū)組團(tuán)式公交中心站點(diǎn)

(續(xù)表6)

所屬組團(tuán)站場(chǎng)名稱換乘中心樞紐北部組團(tuán)花園新村車站紅旗河溝站場(chǎng)人和車場(chǎng)空港站場(chǎng)大學(xué)城站場(chǎng)石橋鋪車站紅旗河溝樞紐站西部組團(tuán)陳家坪車站中梁山站場(chǎng)大學(xué)城站場(chǎng)南坪樞紐站陳家坪樞紐站南部組團(tuán)外河坪樞紐站李家沱車場(chǎng)茶園站場(chǎng)南坪樞紐站

根據(jù)實(shí)際的道路網(wǎng)系統(tǒng)，將連接著4個(gè)組團(tuán)的線網(wǎng)設(shè)計(jì)為 “6個(gè)方向12條線路”的跨組團(tuán)快速公交線網(wǎng)系統(tǒng)。

2) 公交站點(diǎn)權(quán)重值計(jì)算。根據(jù)上述所設(shè)計(jì)的連接“4個(gè)組團(tuán)6個(gè)方向12條線路”的跨組團(tuán)快速公交線網(wǎng)系統(tǒng)，調(diào)查各線路站點(diǎn)所經(jīng)過(guò)站點(diǎn)的實(shí)際客運(yùn)量，并計(jì)算各站點(diǎn)客流量相對(duì)權(quán)重。根據(jù)所計(jì)算的數(shù)據(jù)，將列聯(lián)系數(shù)C≥0.5的情況視為該站點(diǎn)對(duì)線網(wǎng)的客流量的影響相對(duì)較大，可備選為作為一級(jí)、二級(jí)站點(diǎn)，其余站點(diǎn)作為三級(jí)站點(diǎn)的備選。

4.2 中觀設(shè)計(jì)

1)公交站點(diǎn)分級(jí)。首先，分析主城區(qū)跨組團(tuán)公交線網(wǎng)站點(diǎn)客流出行特點(diǎn)，即公交站點(diǎn)跨組團(tuán)客流出行比例，然后，結(jié)合所跨組團(tuán)之間經(jīng)濟(jì)、人口等因素，制定不同分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)實(shí)際調(diào)研的跨組團(tuán)線路各站點(diǎn)客流OD出行數(shù)據(jù)，分析各站點(diǎn)的客流跨組團(tuán)出行比例。結(jié)合實(shí)際情況考慮，當(dāng)θ≥50%，ψ≥0.5時(shí)，公交站點(diǎn)的客流量對(duì)該線路客流總量的影響比較顯著；而當(dāng)θ<40%或ψ<0.4時(shí)，公交站點(diǎn)的客流量對(duì)該線路的客流總量影響不明顯。故而，可以得到主城區(qū)的公交站點(diǎn)分級(jí)閾值，見(jiàn)表7。

表7 主城區(qū)公交站點(diǎn)分級(jí)閾值

2)公交站點(diǎn)篩選。根據(jù)主城區(qū)公交站點(diǎn)分級(jí)閾值，進(jìn)行站點(diǎn)分級(jí)篩選。

3)公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)。根據(jù)所篩選的分級(jí)站點(diǎn)，設(shè)計(jì)主城區(qū)快線多層次公交線網(wǎng)。圖5主要描述的是主城區(qū)快線公交線網(wǎng)布設(shè)和一級(jí)站點(diǎn)的布設(shè)，以及部分布設(shè)在快線公交線網(wǎng)上的二級(jí)站點(diǎn)。由于涉及的三級(jí)站點(diǎn)數(shù)目較多，圖5中沒(méi)有標(biāo)出三級(jí)站點(diǎn)的位置。

圖5 主城區(qū)站點(diǎn)及快線公交線網(wǎng)Fig.5 Transit station and express public transit network

4.3 宏觀評(píng)價(jià)

根據(jù)前文提到的公交線網(wǎng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用所述方法對(duì)重慶市主城區(qū)的公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)協(xié)同性做出總體評(píng)判。評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定，擬采用相鄰指標(biāo)比較法與德?tīng)柗品ㄓ?jì)算求得。

4.3.1 指標(biāo)分析

表8和表9分別為重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)指標(biāo)。設(shè)計(jì)值是針對(duì)新的設(shè)計(jì)方法求得的預(yù)測(cè)值，參考值是指規(guī)劃值、規(guī)范值或理想狀態(tài)值。在公交公里控制的設(shè)施相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，將公交專用設(shè)施和公交投資水平分為3級(jí)，分別對(duì)應(yīng)一般、高、較高。

表8 重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)宏觀協(xié)同評(píng)價(jià)供給系統(tǒng)指標(biāo)

(續(xù)表8)

供給指標(biāo)現(xiàn)狀值設(shè)計(jì)值參考值線網(wǎng)服務(wù)設(shè)施運(yùn)行速度υ/(km·h-1)172020換乘系數(shù)1.251.31.2公交運(yùn)力8627900010000線網(wǎng)管控設(shè)施公交專用設(shè)施一般高較高公交投資水平一般高較高

表9 主城區(qū)公交線網(wǎng)宏觀協(xié)同評(píng)價(jià)需求系統(tǒng)指標(biāo)

4.3.2 評(píng)價(jià)分析

根據(jù)表8和表9，分別計(jì)算重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)值：

F1(t,x)=0.720，F(xiàn)1(t,y)=0.899，

F2(t,x)=0.869，F(xiàn)2(t,y)=0.932

取k=8，α=0.5，β=0.5，則可計(jì)算得到：

重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)協(xié)同度：G(t1)=0.767 1；G(t2)=0.990 3。

重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展度：GD(t1)=0.758；GD(t2)=0.983。

重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)協(xié)同變化趨勢(shì)指數(shù)：γ(t1)=1.343；γ(t2)=1.296。

表10 重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)協(xié)同評(píng)價(jià)結(jié)果

由表10可見(jiàn)，重慶市主城區(qū)現(xiàn)狀公交線網(wǎng)供需系統(tǒng)屬于協(xié)調(diào)發(fā)展類，但是處于一種中級(jí)協(xié)同發(fā)展類，由供需系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)γ(t1)=1.343>1來(lái)看，重慶市主城區(qū)現(xiàn)狀公交線網(wǎng)供需總體處于增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。公交線網(wǎng)供給能力相對(duì)落后于需求能力，處于供給不足的狀態(tài)，需要加大公交線網(wǎng)的供給方面的投入。在運(yùn)用供需協(xié)同設(shè)計(jì)方法對(duì)公交線網(wǎng)優(yōu)化后，可發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后供需系統(tǒng)屬于良好協(xié)同發(fā)展類，協(xié)同度也比現(xiàn)狀值更高，說(shuō)明設(shè)計(jì)值比現(xiàn)在值具有更好協(xié)同性。當(dāng)然，由供需系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)γ(t2)=1.296>1來(lái)看，此時(shí)的主城區(qū)的公交線網(wǎng)協(xié)同系統(tǒng)還需要繼續(xù)發(fā)展。依據(jù)公交線網(wǎng)供給水平與需求水平綜合評(píng)價(jià)值可知，實(shí)現(xiàn)重慶市主城區(qū)的公交線網(wǎng)的高度協(xié)同，還須通過(guò)進(jìn)一步加大公交線網(wǎng)供給能力投入。

5 結(jié) 語(yǔ)

筆者開(kāi)展基于需求與供給協(xié)同下的山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)多層次設(shè)計(jì)研究，分析了公交線網(wǎng)供需協(xié)同關(guān)系，構(gòu)建了公交線網(wǎng)多層次供需協(xié)同模型，提出了公交線網(wǎng)多層次供需協(xié)同設(shè)計(jì)方法，并以重慶市主城區(qū)作為實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證分析。通過(guò)對(duì)比計(jì)算重慶市主城區(qū)公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)前后供需系統(tǒng)協(xié)同度，表明了采用該方法進(jìn)行公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化協(xié)同度更高。本文成果在指導(dǎo)山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面具有一定的參考價(jià)值。

筆者提出的一種基于供需協(xié)同山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)多層次設(shè)計(jì)方法，是對(duì)山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)設(shè)計(jì)方法的一種探索。但在研究供需協(xié)同中觀模型中提到的山地組團(tuán)城市公交線網(wǎng)的站點(diǎn)分級(jí)閾值標(biāo)定時(shí)只考慮了站點(diǎn)上下客流量和跨組團(tuán)出行比例，考慮的因素偏少，標(biāo)定的分級(jí)閾值有待進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，筆者提出的方法也未對(duì)新建站點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。因此，下一步的研究重點(diǎn)將會(huì)圍繞新建站點(diǎn)供需協(xié)同設(shè)計(jì)方法論證和分級(jí)閾值因素選取及標(biāo)定展開(kāi)。

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Study on Multi-Level Transit Network Design Based on the Coordination between the Demand and Supply of Mountainous Group City

MENG Jingyun1，WANG Yugang2，CHENG Bing3，QU Xinming3，ZHANG Dongdong4

(1.The Third Engineering Bureau of China City Construction Group Co.,Ltd.,Chongqing 401336,P.R.China; 2. School of Energy Science & Engineering，He’nan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，He’nan，P.R.China; 3. School of Traffic & Transportation，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P.R.China； 4.He’nan Urban-Rural Planning & Design Institute Co., Ltd.，Zhengzhou 450044，He’nan, P.R.China)

In order to alleviate the three major traffic problems caused by the urban traffic system, adapt to the development of urban traffic and seize the new opportunities for the further development of urban traffic, based on the supply-demand internal relationship for transit network, a supply-demand coordination model at three levels of micro, moderate and macro levels were established and the designs involve bus stops rating classification, transit network intercooperation and coordination and macro assessment of transit network by taking Chongqing central downtown district as example for verification analysis. Through study and research, a design method for transit network of mountainous and hilly cities is proposed and applied to guide the optimization design of transit network of mountainous and hilly integrated cities.

traffic and transportation engineering; mountain city; multi-level; transit network; supply and demand coordination; design method

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.05.26

2015-07-27；

2015-11-04

蒙井玉(1974—)，男，天津人，高級(jí)工程師，主要從事道路與交通工程方面的研究。E-mail:68388615@qq.com。

王玉剛(1988—)，男，河南固始人，碩士研究生，主要從事交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理方面方面的研究。E-mail:751571013@qq.com。

U491

A

1674-0696(2016)05-133-07